武夷山土壤養分及酶活性的空間分布特征

解心潔 李朝興 賈小麗 胡永樂

摘要[目的]探討武夷山土壤養分和酶活性的空間分布特征。[方法]以武夷山5個海拔（312、687、1 153、1 775、2 186 m）土壤為研究對象，測定各個海拔不同土層的養分和酶活性變化。[結果]武夷山土壤養分含量和酶活性分布差異明顯，隨著海拔升高，土壤有機質、全氮、全磷以及酶活性均呈上升趨勢，而同一海拔，隨著土層加深，土壤有機質、全氮、全磷以及酶活性均呈下降趨勢。相關性分析表明，海拔高度與土壤酶活性、土壤養分等各指標間呈極顯著或顯著相關；5種土壤酶活性與3種土壤養分指標之間，除蛋白酶和全磷不顯著相關外，其他均呈顯著或極顯著相關；5種土壤酶活性之間，除蛋白酶與蔗糖酶、蛋白酶和過氧化氫酶不顯著相關外，其他均呈顯著或極顯著相關；3種土壤養分指標之間均呈顯著或極顯著相關。[結論]該研究為植被的空間選擇及修復奠定基礎。

關鍵詞土壤；酶活；養分；空間分布；武夷山

中圖分類號S154.2文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）09-0115-03

Spatial Distribution Characteristics of Soil Nutrients and Enzyme Activities in Wuyi Mountain

XIE Xinjie，LI Chaoxing，JIA Xiaoli，HU Yongle*

（Fujian Provincial Key Laboratory of EcoIndustrial Green Technology，College of Ecology and Resource Engineering，Wuyi University，Wuyishan， Fujian 354300）

Abstract[Objective] To discuss the spatial distribution characteristics of soil nutrients and enzyme activities in Wuyi Mountain.[Method] Soils from five altitudes of Wuyi Mountain （312，687，1 153，1 775 and 2 186 m） were collected，and soil nutrients and enzyme activity were determined.[Result] The distribution of soil nutrient content and enzyme activity in Wuyi Mountain had significant difference.Soil organic matter，total nitrogen，total phosphorus and enzyme activity raise with the increase of altitude，while the thing was opposite with the depth of the soil layer.Correlation analysis showed that altitude appeared extremely significant or significant correlation with soil enzyme activity and soil nutrient； Five kinds of soil enzyme activity and three kinds of soil nutrient index had extremely significant or significant difference，except protease and total phosphorus； In addition to protease and sucrase，protease and catalase，five kinds of soil enzyme activity were significantly or extremely significant correlation； Three kinds of soil nutrients were significant or extremely significant correlation between each other.[Conclusion] The research provides the basis for spatial selection and restoration of vegetation.

Key words Soil；Enzyme activity；Nutrients；Spatial distribution；Wuyi Mountain

土壤是地球生物養分的重要來源，是生物多樣性最豐富，能量交換、物質循環最活躍的生命層[1-2]。土壤有機質含量是土壤肥力水平的一個重要指標。有機質對土壤結構、保肥和緩沖等具有積極的影響，且是土壤各種養分，尤其是氮、磷的重要來源。而氮、磷、鉀等是植物所必需的礦質元素，對植物生長發育具有重要意義[3]。土壤養分及酶活性在空間和時間上呈異質性分布[4]。研究表明，隨著海拔的升高和土壤深度的加深，土壤養分和酶活性呈規律變化，同時生態系統也隨之演化[5-7]。

武夷山保存著最典型、最完整、規模最大的中亞熱帶森林生態系統和生物多樣性的生態環境[8-11]，是我國最大的“世界雙遺產地”。而福建省武夷山經緯方向跨度較小，植被類型無明顯的水平變化。但在其垂直方向，從最低海拔350 m 至最高海拔黃崗山頂峰的2 158 m，相對高差達1 808 m，隨海拔的升高地上植物群落發生了明顯變化，是不同類型生態系統地上地下關系演變問題的理想場所。

由于研究的海拔和地區不同，不同研究結果有很大區別，對于正確了解土壤養分和酶活性在不同海拔的分布規律帶來很多困難。為了進一步了解武夷山土壤生態環境因子的分布特征，特別是其土壤中有機質、氮 、磷、鉀含量及土壤酶的變化規律，筆者研究了武夷山不同海拔及其不同深度的土壤養分和酶活性的變化，探明隨海拔和深度變化的土壤肥力狀況，為研究武夷山植被的空間選擇性及其修復提供理論依據。

1材料與方法

1.1樣品采集與處理

在5個不同海拔（312、687、1 153、1 775、2 186 m）處，分別隨機設置3個5 m×5 m的樣方，樣方之間間隔10 m。采用土壤取樣器，在每個土壤樣方采取對角線交叉取樣方式，分別采集0～15、15～30及30～45 cm土層土壤混合樣品，收集樣品帶回實驗室于室內常溫下自然風干，去除殘枝、殘根等，采用四分法取1 kg土壤樣品，研磨，過60目篩，用于測定土壤基本理化性質和土壤酶活性。

1.2測定項目與方法①土壤養分。參照《土壤農化分冊》[12]測定土壤理化指標，即土壤全氮采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定；全磷采用氫氧化鈉-鉬銻抗比色法測定；全鉀采用氫氧化鈉溶融-火焰光度法測定；土壤有機質采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定[13]。

②土壤酶活性。參照《土壤酶及其研究法》[14]測定土壤酶活性，即土壤脲酶活性采用比色法測定；蔗糖酶活性采用硝基水楊酸法測定；酸性磷酸酶活性采用對硝基苯磷酸鹽法測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；蛋白酶活性采用Folin-Ciocslteu比色法測定。

1.3數據分析

采用Excel 2010對試驗數據進行處理，采用DPS 7.05進行顯著性與相關性分析。

2結果與分析

2.1不同海拔土壤養分變化

由表1可知，同一土層有機質、全氮、全磷、全鉀含量均隨著海拔升高呈上升趨勢，同一海拔土壤有機質、全氮、全磷含量均隨著土壤深度增加呈下降趨勢，而全鉀含量隨著土壤深度增加呈上升趨勢。

2.2不同海拔土壤酶活性變化

由圖1可知，隨著海拔升高，0～15 cm土層脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶、蛋白酶活性均呈上升趨勢，15～30 cm土層蔗糖酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶、蛋白酶活性均呈上升趨勢，脲酶活性變化不大，30～45 cm土層蔗糖酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶、蛋白酶活性均呈上升趨勢，脲酶活性變化不大。

隨著土層的加深，脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶、蛋白酶活性在各海拔均呈下降趨勢，差異明顯。土壤酶活性的分層變化主要是因為土壤微生物與土壤養分、水分、溫度和通氣情況密切相關，而這些因素隨土層加深呈規律性變化。

2.3不同海拔土壤養分與酶活性相關性分析

由表2可知，海拔高度與土壤酶活性、土壤養分等各指標間呈極顯著或顯著相關。5種土壤酶活性與3種土壤養分指標之間，除蛋白酶與全磷不顯著相關外，其他均呈顯著或極顯著相關；5種土壤酶活性之間，除蛋白酶和蔗糖酶、蛋白酶與過氧化氫酶不顯著相關外，其他均呈顯著或極顯著相關；3種土壤養分指標之間均呈顯著或極顯著相關。

3結論與討論

海拔是重要的山地地形因子之一，由于海拔不同，氣候特征、林分類型、土壤類型改變均導致土壤養分的差異[15]。因此，土壤受到多種生態因子的影響[16]，復雜的生物和非生物因子緊密作用形成土壤生態系統。土壤酶是表征土壤中物質、能量代謝旺盛程度和土壤質量水平的一個重要生物指標[17]。其中，脲酶促進了土壤中有機氮向無機氮的轉化，酸性磷酸酶可促進土壤中含磷化合物的水解，蔗糖酶有助于土壤可溶性營養物質的轉化和增加，蛋白酶參與土壤中的氨基酸、蛋白質以及其他含蛋白質氮的有機化合物的轉化，過氧化氫酶有助于土壤中對植物有害的過氧化氫的分解。土壤是復雜多酶體系，各種酶促反應相互聯系，使得各種酶之間密切相關。該研究結果表明，武夷山不同海拔土壤酶活性間，除蛋白酶與蔗糖酶、蛋白酶和氧化氫酶外，均呈顯著或極顯著相關。

該研究表明，隨著海拔的升高，武夷山土壤養分含量和酶活性呈上升趨勢，與前人研究結果一致[18-19]。土壤養分充足是酶活性增強的前提，土壤養分通過影響植物和土壤微生物的生物量及種類，最終影響土壤酶的分泌。研究表明，土壤酶活性間及其與土壤有機碳、全氮均呈顯著正相關[19-20]，與該研究結果一致。土壤表層腐殖質層養分含量高， 酶促反應底物充足，加之溫濕度適宜、空氣充足，微生物代謝活躍，土壤酶活性較高。隨著土層的加深，土壤微生物活動受限，從而影響其產酶能力，土壤酶活性逐漸降低[21]。土壤養分是酶活性的前提，土壤酶活性是土壤養分的動力，兩者密切相關，導致地上植被的空間分布特異性。

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